Мы будем рады, если вы поддержите портал



Вконтакте Одноклассники Твиттер Фейсбук

красный зелёный голубой

Физики разработали лазер на флуоресцентных белках медуз

Физики разработали лазер на флуоресцентных белках медуз
ПОЛНЫЙ АНТИПАРАЗИТАРНЫЙ КОМПЛЕКТ (НА 10 ДНЕЙ ЧИСТКИ). ЛИМОННО ЭВКАЛИПТОВАЯ ЧИСТКА

Физики из Великобритании и Германии разработали поляритонный лазер на основе зеленого флуоресцентного белка, работающий при комнатной температуре. Интересно, что в устройстве используется белок, синтезируемый модифицированными бактериями кишечной палочки, а в природе его аналоги встречаются у некоторых медуз. Ученые предполагают, что лазер может найти применение как в медицинской диагностике, так и в исследовании квантовой интерференции и других коллективных эффектов. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, кратко о нем сообщает Phys.org.

Традиционные лазеры основаны на вынужденном излучении, возникающем, например, при переходе электронов в возбужденном атоме с одного энергетического уровня на другой, соответствующий меньшей энергии. Разница между этими энергиями излучается в виде фотона с определенной длиной волны. Излучение лазеров называется вынужденным, потому что оно запускается взаимодействием возбужденного атома с фотоном извне.

Для того чтобы добиться высокой мощности, в лазерах используются специальные системы накачки. К примеру, активную среду, в которой происходит возбуждение атомов или других частиц, могут помещать между двумя зеркалами, одно из которых полупрозрачное. Фотоны путешествуя между зеркалами переводят атомы в возбужденное состояние, а некоторая доля излучения покидает лазер.

В работе лазера есть фундаментальные ограничения — количество электронов, находящихся на возбужденных уровнях, ограничено. На одном и том же уровне не может быть двух одинаковых электронов. В результате этого мощные лазеры обладают небольшой эффективностью возбуждения. Обойти этот запрет можно в других системах — поляритонных лазерах.

В поляритонных лазерах источником фотонов являются не возбужденные атомы, а квазичастицы, называемые экситонами. Квазичастицами называют специальные объекты, придуманные для описания явлений в твердом теле. За ними скрываются сложные многочастичные процессы, которые с помощью квазичастиц можно свести к сравнительно простым уравнениям. Подробнее об этом можно прочитать в нашем материале.

Экситон — объект, который можно представить себе как дырку («отсутствие электрона»), которая обращается около электрона-квазичастицы. При поглощении фотона экситон превращается в поляритон — частицу, способную испустить фотон обратно под действием внешнего воздействия. Поляритоны в отличие от электронов — бозоны, для них нет такого ограничения, какое существует в системах возбужденных атомов.

Считается, что из-за бозонной природы лазеры на поляритонах будут гораздо эффективнее, чем традиционные системы. Однако большая часть существующих поляритонных устройств требуют сильного охлаждения — по меньшей мере до –70 градусов Цельсия, а в некоторых случаях и до температур жидкого гелия. В 2007 году физики из Саутгемптонского университета добились создания лазера, работающего при комнатной температуре, основанного на полупроводниковых материалах. В новой работе авторы добились такого же результата на активной среде из белковых молекул.

Тонкий слой флуоресцентного белка (около 500 нанометров) поместили между двумя зеркальными слоями. Поляритоны возникали в материале при освещении светом с длиной волны в диапазоне 400-500 нанометров (синий свет). В результате возникает излучение с длиной волны 508 нанометров.

Авторы отмечают, что высокая эффективность и возможность лазера работать при комнатной температуре связана с геометрией белковых молекул. Активные центры в них защищены от внешних воздействий, например, столкновений с другими молекулами, цилиндром из белковых

N+1

Поставьте оценку:
Рейтинг 0 (Проголосовало: 0)
Понравилось? Поделитесь с друзьями через кнопки социальных сетей!

Добавить страницу в закладки

0
01:08
28
Популярные видео каналы